【物理】2019届二轮复习温度与内能学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习温度与内能学案（全国通用）

‎ 1.3　温度与内能 ‎ ‎1.知道做热运动的分子具有动能,知道温度是分子平均动能的标志.‎ ‎2.知道什么是分子势能,知道分子势能的变化可以根据分子力做功来确定.知道分子势能跟物体体积有关.‎ ‎3.知道什么是内能,知道物体的内能跟温度和体积有关.‎ ‎4.知道改变内能的两种途径,知道热传递和做功在改变物体内能上是等效的,但这两种方式有本质的不同.‎ ‎5.能够区别内能和机械能.‎ ‎1.温度与分子平均动能 ‎(1)定义:组成物质的分子都在不停地做无规则运动,做　　　　的分子具有的动能叫做分子动能. ‎ ‎(2)分子平均动能:物体内所有分子动能的　　　　叫做分子的平均动能. ‎ ‎(3)温度的微观意义:　　　是物体内分子热运动平均动能的标志. ‎ ‎2.分子势能 ‎(1)定义:相互作用的分子具有由分子间相对位置所决定的势能,这种势能叫做　　　　　. ‎ ‎(2)势能的变化可以根据分子间作用力　　　来确定,分子间作用力做正功,分子势能　　　;克服分子间作用力做功,分子势能　　　. ‎ ‎(3)分子势能的决定因素 ‎①微观上:分子势能与分子　　　有关. ‎ ‎②宏观上:分子势能跟物体　　　有关. ‎ ‎3.物体的内能 ‎(1)定义:物体中所有分子的热运动动能与　　　　　的总和叫做物体的内能.任何物体都有内能. ‎ ‎(2)决定因素:物体所含的分子数目与物体的　　　有关.分子的热运动平均动能与　　　有关,分子势能与物体的　　　有关,故物体的内能与物体的　　　、　　　和　　　有关. ‎ ‎(3)做功和热传递是改变内能的两种途径 通过做功而改变物体的内能时,内能的变化量可以用　　　　　　　来量度,通过热传递而改变内能时,内能的变化量由　　　来量度. ‎ 热传递和做功在改变物体的内能上是　　　的,但这两种方式有　　　的不同. ]‎ 主题1:温度与分子平均动能的关系 问题:阅读教材第16页“温度与分子平均动能”标题下的相关内容,思考并回答下列问题:‎ ‎(1)一切运动物体都具有动能.分子动理论告诉我们:构成物体的大量分子永不停息地做无规则的运动,说明分子具有动能,我们讨论物体中一个分子的动能大小有意义吗?‎ ‎(2)如果构成某物体的分子质量都相等,设为m,分子的平均速率为,分子速率平方的平均为,则分子平均动能应如何表示?‎ ‎　　(3)从宏观角度说:温度是表示物体冷热程度的物理量;从微观角度说:温度是物体分子热运动平均动能的标志.如何理解?‎ 主题2:分子势能 问题:阅读教材第16 17页“分子势能”标题下的相关内容,思考回答下列问题: 学 ]‎ ‎(1)怎样理解分子间具有势能?分子势能大小由什么因素决定?‎ ‎(2)功是能量转化的量度,分子势能变化由那种力做功量度?类比重力、弹力、电场力做功与重力势能、弹性势能和电势能变化的关系,说明该种力做功与分子势能变化的关系.‎ ‎(3)设甲、乙两个分子相距较远,甲分子固定不动,乙沿甲、乙连线向甲运动,直到很近很近.根据分子力与分子间距离的关系,分析分子力做功情况.‎ ‎(4)根据(2)、(3)分析结果,在图甲所示的坐标系中画出分子势能与分子距离关系图线.(设相距无穷远时分子势能为零)‎ 主题3:物体的内能 问题:阅读教材第17 19页“物体的内能”标题下的相关内容,思考并回答下列问题:‎ ‎(1)能否说物体中一个分子具有多少内能?‎ ‎(2)运动物体是由大量分子组成的,物体具有与体积和温度有关的内能,同时具有动能和重力势能,物体的机械能和内能有什么不同?两种形式能之间能否相互转化?举例说明.‎ ‎(3)判断一个体的内能变化,仅分析物体的温度和体积变化即可.要比较两个物体的内能大小,需从哪几个方面加以分析?‎ 一、分子动能、分子平均动能与温度的关系 宏观的热现象是大量分子热运动的整体表现,我们研究热现象,关心的不是单个分子的动能,而是大量分子动能的平均值,这个平均值就是分子平均动能.温度升高时,物体内速率大的分子数增加而速率小的分子数减少,从整体上看分子热运动加剧,分子平均动能增加;温度降低时,物体内速率大的分子数减少而速率小的分子数增加,物体内分子的热运动趋缓,分子平均动能减小.进一步研究得到温度是分子平均动能(注意:不是分子平均速率)的标志这一结论.温度是对大量分子而言的、具有统计意义的物理量,对于少量的和个别的分子无意义.‎ 还要注意:分子永不停息地做无规则运动,因此分子动能永远不会为零.‎ 例1　关于物体的温度与分子动能的关系,下列说法正确的是(　　)‎ A.某种物体的温度是0 ℃,说明物体中分子的平均动能为零 B.物体温度降低时,每个分子的动能都减小 C.物体温度升高时速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增多 D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高 二、分子势能与分子间距离 分子力随分子间距离变化的关系:两分子从相距很远到靠近的不能再靠近的过程中,分子力先表现为引力,先变大后变小,然后表现为斥力,逐渐增大,所以在此过程中,分子势能先减小(引力做正功),后增大(斥力做负功).若选择两分子相距很远时为势能零点,则分子势能随分子间距离的变化而变化的图象如图所示.当分子间的距离等于平衡距离r0时,分子势能最小,分子最稳定.并且由此可以看出,分子势能与物体的体积有关但不是线性关系.‎ 分子势能与其他形式的势能(重力势能、弹性势能、电势能等)一样,其变化仅与引起势能的力——分子力(重力、弹力、电场力等)做功有关,即某种力做正功,相应势能减小;某种力做负功,相应势能增加.且某种力做了多少功则相应的势能就变化了多少.‎ 例2　如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示.F>0为斥力,F<0为引力,a、b、c、d为x轴上四个特定的位置.现把乙分子从a处由静止释放,则(　　)‎ A.乙分子由a到c做加速运动,由c到d做减速运动 B.乙分子由a到b做加速运动,到达b时速度最大 C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能一直减小 D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能一直增大 三、物体的内能及决定因素 从分子运动论的观点看,热力学系统的内能,包括组成物体的所有分子热运动的动能、分子与分子间相互作用的势能的总和,因此从微观角度来讲,内能跟分子的动能和分子间距有关,从宏观角度讲,内能跟温度、物体的质量以及物体的体积有关.‎ 特别要注意的是,由于分子势能跟分子间距之间的关系较复杂,我们很难直接从物体体积的变化来判断其内能的变化情况,这时需要从物体与外界的关系来判断,比如,当物态发生变化时,我们可以通过是吸热还是放热来进行分析.‎ 例3　对同一物体而言,下列说法正确的是(　　)‎ A.温度越高,物体内分子的平均动能越大 B.温度越高,物体内分子的平均速率越大 C.体积越大,分子的势能越大 D.体积越小,分子的势能越大 变式训练　一定质量的0 ℃的水在凝结成0 ℃的冰的过程中,体积变大,则此过程中(　　)‎ A.分子平均动能增大,分子势能减小 ‎ B.分子平均动能减小,分子势能增大 C.分子平均动能不变,分子势能增大 D.分子平均动能不变,分子势能减小 四、区别机械能与内能 机械能是与物体的宏观运动相联系的能量,它包括物体的动能、重力势能、弹性势能三种形式的能量,机械能具有相对性,选择的势能零点不同,物体具有的机械能不同,机械能可以为零;内能是与构成物体的分子的微观运动相联系的能量,它指的是构成物体的所有分子的动能和势能之和,它与构成物体的分子数、温度、体积有关,内能不会为零.‎ 例4　下列关于物体内能和机械能的说法中,哪种情况是可能的(　　)‎ A.机械能很大的物体,其内能一定也很大 ‎ B.物体内能有损失时,必然会导致机械能的损失 ‎ C.物体的温度升高,内能一定增加,但机械能却不一定增加 ‎ D.内能为零,机械能不为零 ‎ 五、温度、热量、内能的区别 温度表示物体的冷热程度,是分子平均动能的标志,是状态量;热量表示在热传递过程中物体内能的变化量,且只能用在热传递过程中,是过程量;内能是物体的所有分子热运动的动能、分子与分子间相互作用的势能的总和,是状态量.‎ 例5　下列关于温度、热量和内能的说法正确的是(　　)‎ A.温度是分子动能的标志,动能越大的分子其温度也就越高 B.物体的温度升高含有的内能就增多 C.物体的温度升高含有的热量就增多 D.含有热量多的物体内能多 ‎1.下列关于分子的动能的说法中,正确的是 (　　)‎ A.物体温度升高,每个分子的动能都增大 B.物体温度升高,分子的总动能增大 C.高温物体的分子动能,一定大于低温物体的分子动能 D.温度高的物体,分子运动的平均速率一定大于低温物体的分子运动速率 ‎2.质量、温度都相同的氢气和氮气,如果不计气体分子之间的势能,下列说法正确的是 (　　)‎ A.氮气的内能较大　　　　B.氢气的内能较大 C.两者的内能相等 D.氢气分子的平均速率较大 ‎3.对于热量、功、内能三个物理量,下列说法中正确的是 (　　)‎ A.热量、功、内能三者的物理意义等同 B.热量和功都可以作为物体内能改变的量度 C.热量、功、内能的单位各不相同 D.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的 ‎4.下列叙述正确的是(　　)‎ A.分子的动能与分子的势能之和,叫做这个分子的内能 B.物体的内能由物体的动能和势能决定 C.物体做加速运动时,其内能也一定增大 D.物体的动能减小时,其温度可能升高 ‎ 1.3　温度与内能 ‎ ‎1.重点难点 教学重点:内能的概念及其与温度、体积的关系.‎ 教学难点:分子势能的概念及其与分子力做功的关系.‎ ‎2.高考前瞻 内能是热学的重要概念,在高考中往往从内能的决定因素和改变方式两个角度加以考查.考查题型多为选择题 ‎3.教学建议 一种运动形式对应一种能量的形式,本节就是从能量的角度来认识热运动的.这节是概念性很强的课,又是不能从物理实验或物理现象直接得出结论的课.教学中对于概念要明确引入的目的、确切含义、与其他概念的区别和联系.所以课堂上要讲清分子热运动平均动能、内能、热量等概念的意义,并且要通过实际例题,让学生通过判断、推理来加深对这些概念的认识.热现象是大量分子无规则运动的结果,而研究大量分子热运动的动能,需要将所有分子热运动动能的平均值求出来.教学中,使学生理解分子势能随分子间距离变化的势能曲线,注意内能与机械能的区别.‎ 参考答案:‎ ‎1.(1)热运动　(2)平均值　(3)温度 ‎2.(1)分子势能　(2)做功　减小　增加　(3)①距离　②体积 ‎3.(1)分子势能　(2)质量　温度　体积　质量　温度　体积　(3)做功的多少　热量　等效　本质 ‎1.解答:(1)分子做无规则运动,每个分子的速率都不相同,有的大、有的小,而且在分子相互碰撞时速率也会改变.因此,在研究分子动能时,不是关心个别分子的情况.‎ ‎(2)从数学角度来说,分子平均动能等于物体能所有分子动能之和与分子数的比值,即表示为m.‎ ‎(3)扩散现象和布朗运动都说明分子运动的速率与温度有关.当温度升高时,物体内速率大的分子数增加而速率较小的分子数减少,分子的平均动能增大.可见,温度是物体分子热运动平均动能的标志.‎ ‎2.解答:(1)相互作用的物体,具有由相等位置决定的能量,即势能.分子间具有力的作用,所以具有由分子相对位置决定的分子势能. ‎ ‎(2)分子力做功量度分子势能的变化.类比重力做功与分子势能变化的关系可知:分子力做正功,分子势能减小,减小的分子势能等于分子力所做的功;相反,分子力做负功,分子势能增大,增加的分子势能等于分子克服分子力所做的功,即W=-ΔEp.‎ ‎(3)①当分子间距离从无穷远减小到10倍r0时,分子力非常微小,不考虑分子力做功;②当分子间距离从10倍r0减小到r0时,分子力的方向与分子运动方向相同,分子力做正功;③当分子间距离从r0减小到不能再小时分子力的方向与分子运动方向相反,分子力做负功.‎ ‎(4)根据功能关系可知分子Ep-r图象如图所示.‎ ‎3.解答:(1)内能是组成物体的大量分子的动能和分子势能的总和,且分子势能属于相互作用的分子系统,故内能描述对象是物体,对单个的分子是无意义的.‎ ‎(2)物体的内能是不同于机械能的另一种形式的能.例:‎ a.静止在地面上的物体以地球为参照物,物体的机械能等于0,但物体内部的分子仍然在不停地运动着和相互作用着,物体的内能永远不能为0.‎ b.物体在具有一定的内能时,也可以具有一定的机械能.如飞行的子弹.‎ c.不能把物体的机械能和物体的内能混淆.只要物体的温度、体积、物态不变,不论物体的机械能怎样变化其内能仍保持不变.反之,尽管物体的内能在变化,它的机械能可以保持不变.‎ 内能可以转化为机械能,如内燃机在做功冲程,燃气的内能转化为机械能;机械能也可转化为内能,如行驶在路上的汽车刹车时,汽车克服摩擦力做功,动能转化为轮胎和路面的内能.‎ ‎(3)物体的内能等于物体中所有分子的动能与势能之和,即物体的内能取决于物体的物质的量(分子个数)、温度、和体积(物态).分析同一个物体时,分子个数一定,故只需讨论物体的温度和体积变化.比较两个物体的内能大小时,除了比较温度和体积外,还要比较物体的物质的量(分子个数).‎ 一、分子动能、分子平均动能与温度的关系 例1　C ‎【解析】温度是分子平均动能的标志,温度是0 ℃,物体中分子的平均动能并非为零,因为分子无规则运动不会停止,A错.温度降低时分子的平均动能减小,并非每个分子动能都减小,B错.物体温度升高时,分子的平均动能增大,分子的平均速率增大,速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增多,C正确.物体的运动速度增大,宏观机械能(动能)增大,但物体内分子的热运动不一定加剧,温度不一定升高,D错.‎ ‎【点拨】本题易错选,由于分子处在永不停息的无规则运动中,分子的平均动能永远不会为零,温度取决于分子热运动的剧烈程度,与物体宏观有序的运动速度大小无关.‎ 二、分子势能与分子间距离 例2　AC ‎【解析】乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大.而后受甲的斥力做减速运动,A对、B错;乙分子由a到b的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,C正确.而乙分子从b到d的过程,先是引力做正功,分子势能减少,后来克服斥力做功,分子势能增加,故D错.‎ ‎【点拨】功是能量转化的量度,分子力做功是物体分子势能变化的唯一原因.只有分子力对物体做功时,分子的总动能与总分子势能之和不变.‎ 三、物体的内能及决定因素 例3　AB ‎【解析】对同一物体而言,温度升高,物体内分子的平均动能增大,分子的平均速率也增大,选项A、B正确;在不明确分子间的距离r与r0的关系的情况下,不能说物体的体积越大,分子势能越大(也不能说越小),故选项C、D错误.‎ ‎【点拨】解有关“内能”的题目时,应把握以下几点:‎ ‎ ①内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式,与物体宏观有序运动状态无关,它取决于物体的质量、温度、体积.‎ ‎②温度是分子平均动能的标志,与单个分子的动能,以及物体的动能无任何关系.‎ 变式训练　D ‎【解析】一定质量的0 ℃的水在凝结成0 ℃的冰的过程中,温度保持不变,则分子的平均动能保持不变,分子个数保持不变,而此过程中要放出热量,内能减小,所以只能是分子势能减小,故D正确.‎ ‎　　四、区别机械能与内能 例4　C ‎【解析】内能和机械能是两种不同形式的能量,两者并不存在必然联系.只有在系统的能量转化形式只发生在机械能和内能之间时,机械能的损失才等于内能的增加,故选项A、B错误;温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子平均动能增大,内能增大,C正确;因为物质分子总在不停地做无规则运动,故内能不可能为零,而机械能可以为零,选项D错误.‎ ‎【点拨】内能与机械能的区别.①物体的机械运动对应着机械能,热运动对应着内能.内能和机械能是两种不同形式的能量.②内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量,是所有分子热运动动能和分子势能之总和,它与物体的温度、体积等因素有关;而机械能是由物体做机械运动和物体形变决定的能量,它是对宏观物体整体来说的.③物体具有内能的同时又可以具有机械能.物体的机械能增加时,内能不一定增加,‎ 但机械能与内能之间可以相互转化.比如,一个静止在地面上的物体,如果以地面作为零势能点,那么这个物体的机械能为零,但是这个物体里的分子却始终处在永不停息的热运动中,所以它的内能绝不为零.‎ ‎　　五、温度、热量、内能的区别 例5　B ‎【解析】温度在宏观上表示物体的冷热程度,在微观上是分子平均动能的标志,温度越高分子的平均动能越大,单个分子的运动是偶然的、不确定的,与温度没有特定的关系,故A错误;对于某一物体,物体的温度升高含有的内能就增多,故B正确;热量表示在热传递过程中物体内能的改变量,且只能用在热传递过程中,不能说某物体“含有多少热量”,故选项C、D错误.‎ 一、分子动能 ‎1.单个分子的动能 由于分子运动的无规则性,在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一,就是同一个分子,在不同时刻的动能也是不同的,所以讨论单个分子的动能没有实际意义.‎ ‎2.分子的平均动能 ‎(1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现,有意义的是物体内所有分子热运动动能的平均值,即分子的平均动能.‎ ‎(2)温度是分子平均动能的标志.‎ 二、分子势能 ‎1.定义:相互作用的分子具有由分子相对位置所决定的能量叫做分子势能.‎ ‎2.分子势能的决定因素 如果取两个分子间距离r>10r0时(此时分子间作用力可忽略不计)分子势能为零,分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示.从图线上看出,当r=r0时,分子势能最小.‎ 三、内能 ‎1.定义:物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和.‎ ‎2.决定因素:物体所含的分子数目与物体的质量有关.分子的热运动平均动能与温度有关,分子势能与物体的体积有关,故物体的内能与物体的质量、温度和体积有关.‎ 四、改变内能的两个途径 ‎1.改变物体内能的两个途径:做功和热传递. 学 ]‎ ‎2.热传递和做功在改变内能上是等效的,你无法从效果上看出物体内能的变化是通过什么途径实现的.‎ ‎3.两种途径有本质的不同,做功是其他形式的能与内能之间的转化;而热传递是内能在物体之间或同一物体的不同部分之间的转移.‎ ‎1.B　【解析】物体温度升高,分子的平均动能增加,但是不见得每个分子的动能都增加,选项A、C错误,选项B正确;平均动能大的分子,不一定平均速率大,所以选项D错误.‎ ‎2.BD　【解析】温度相同的氢气和氮气,分子平均动能相同.由于质量也相同,‎ 所以氢气分子个数较多,故而氢气的分子动能较大,平均速率也较大.由于不计气体分子之间的势能,所以氢气的内能也较大.‎ ‎3.BD　【解析】热量、功为过程量,内能为状态量,且热量、功都可表示物体能量的变化,而内能是表示物体具有能量的一种表达方式,三者的国际制单位都为焦耳.‎ ‎4.D　【解析】内能是大量分子组成的物体具有的,单个分子无内能可言,A项错.物体的内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,由物体的温度、体积决定,与整个物体宏观机械运动的动能和势能无关,物体做加速运动时,其动能增大,但内能不一定增大,故B、C错.当物体运动的动能减少时,其温度可能升高,如物体在粗糙的水平面上滑行,因摩擦生热,动能减小温度升高,故D项正确.‎